1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ

104 1 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2.500 tấn than/năm từ sinh khối gỗ
Tác giả Vũ An Khiêm
Người hướng dẫn TS. Phạm Thái Sơn, TS. Lê Kiều Hiệp
Trường học Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cơ khí
Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt
Thể loại Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản 2024
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 104
Dung lượng 34,33 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SINH KHỐI (14)
    • 1.1 Khái niệm về sinh khối (14)
      • 1.1.1 Phế phẩm nông nghiệp (15)
      • 1.1.2 Phế phẩm lâm nghiệp (15)
      • 1.1.3 Chất thải rắn (16)
      • 1.1.4 Bùn thải (18)
    • 1.2 Sinh khối gỗ (19)
      • 1.2.1 Định nghĩa sinh khối gỗ (19)
      • 1.2.2 Tiềm năng của sinh khối gỗ (21)
    • 1.3 Gỗ keo (22)
      • 1.3.1 Mô tả (22)
      • 1.3.2 Phân loại (22)
      • 1.3.3 Đặc tính (26)
      • 1.3.4 Công dụng (26)
  • CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN (27)
    • 2.1 Khái niệm về nhiệt phân (27)
    • 2.2 Đặc tính của quá trình nhiệt phân (27)
      • 2.2.1 Phân loại (27)
      • 2.2.2 Các giai đoạn của quá trình nhiệt phân (28)
      • 2.2.3 Sản phẩm của quá trình nhiệt phân (29)
    • 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nhiệt phân (31)
      • 2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ (31)
      • 2.3.2 Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt (31)
      • 2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian lưu (31)
      • 2.3.4 Ảnh hưởng của kích thước sinh khối (31)
      • 2.3.5 Ảnh hưởng của loại sinh khối (32)
    • 2.4 Các loại lò nhiệt phân sản xuất than hiện nay (32)
      • 2.4.1 Sản xuất than trong gò đất (32)
      • 2.4.2 Lò gạch sản xuất than (33)
      • 2.4.3 Lò kim loại sản xuất than (34)
      • 2.4.4 Lò tầng sản xuất than (35)
      • 2.4.5 Lò quay sản xuất than (36)
    • 2.5 Tiềm năng của than sinh học (than củi) tại Việt Nam (36)
    • 2.6 Lựa chọn công nghệ nhiệt phân (37)
  • CHƯƠNG 3. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG SẢN XUẤT THAN 25 (38)
    • 3.1 Địa điểm đặt hệ thống (38)
    • 3.2 Quy trình công nghệ (38)
    • 3.3 Tính cân bằng vật chất (39)
    • 3.4 Các thiết bị cần cấp cho hệ thống (40)
    • 3.5 Tính chọn máy băm (40)
    • 3.6 Tính chọn máy nghiền (42)
    • 3.7 Tính chọn máy sàng (43)
    • 3.8 Tính chọn hệ thống sấy (44)
    • 3.9 Tính chọn máy ép (45)
  • CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ NHIỆT PHÂN (46)
    • 4.1 Tính cháy nhiên liệu (46)
      • 4.1.1 Tính lượng không khí lý thuyết cần dùng để đốt nhiên liệu (46)
      • 4.1.2 Tính lượng sản phẩm cháy lý thuyết (48)
      • 4.1.3 Tính lượng không khí và sản phẩm cháy lý thuyết và thực tế khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu (48)
    • 4.2 Tính toán kích thước lò (49)
      • 4.2.1 Thứ tự các bước xác định kích thước lò (49)
      • 4.2.2 Tính toán kích thước khoang nhiệt phân (49)
      • 4.2.3 Tính toán sơ bộ kích thước nội hình lò (56)
    • 4.3 Tính chọn vật liệu và kích thước thể xây (56)
      • 4.3.1 Chọn vật liệu (56)
      • 4.3.2 Kích thước các lớp thể xây (56)
      • 4.3.3 Cấu trúc tổng thể của lò (62)
    • 4.4 Tính toán tổn thất nhiệt (62)
      • 4.4.1 Tổn thất qua thể xây (63)
      • 4.4.2 Tổn thất qua nóc lò (63)
    • 4.5 Tính cân bằng nhiệt (64)
      • 4.5.1 Các khoản nhiệt thu (64)
      • 4.5.2 Các khoản nhiệt chi (65)
      • 4.5.3 Bảng cân bằng nhiệt của lò (70)
    • 5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phụ trợ (71)
    • 5.2 Tính lưu lượng khói vào hệ thống xử lý (71)
      • 5.2.1 Lưu lượng khói (71)
      • 5.2.2 Lưu lượng khí nhiệt phân (71)
    • 5.3 Thiết bị tháp phun (73)
      • 5.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tháp phun (73)
      • 5.3.2 Cơ sở tính toán thiết kế tháp phun (74)
      • 5.3.3 Thiết bị tháp phun sơ cấp và tháp phun thứ cấp (79)
    • 5.4 Thiết bị ngưng dầu (83)
      • 5.4.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ (83)
      • 5.4.2 Tính toán kích thước thiết bị ngưng dầu (85)
    • 5.5 Tính toán sơ bộ đường ống dẫn khí nhiệt phân và khói (88)
      • 5.5.1 Đường ống dẫn khói từ lò vào tháp phun sơ cấp (88)
      • 5.5.2 Đường ống dẫn khói từ tháp phun sơ cấp vào tháp phun thứ cấp (90)
      • 5.5.3 Đường ống dẫn khói từ tháp phun thứ cấp vào bình ngưng (92)
    • 5.6 Tính chọn quạt (93)
      • 5.6.1 Trở lực qua các tháp phun (93)
      • 5.6.2 Trở lực qua bình ngưng dầu (93)
      • 5.6.3 Trở lực qua các đường ống dẫn (95)
      • 5.6.4 Lựa chọn quạt (95)
  • CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ (97)
    • 6.1 Kết luận (97)
    • 6.2 Kiến nghị (97)

Nội dung

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dành cho Giáo viên hướng dẫn Tên đề tài: Thiết kế hệ thống

TỔNG QUAN VỀ SINH KHỐI

Khái niệm về sinh khối

Sinh khối (Biomass) là loại vật liệu sinh học có nguồn gốc từ các loài thực vật, cây trồng công nghiệp, các phế phẩm nông, lâm nghiệp (trấu, rơm, dạ, bã mía, mùn cưa, ) Sinh khối cũng bao gồm chất thải chăn nuôi, chất thải rắn và bùn thải. Đây là một nguyên liệu dồi dào tạo ra năng lượng sạch thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ, trong bối cảnh ngày càng giảm về trữ lượng Đồng thời việc khai thác và sử dụng các nhiên liệu hóa thạch này gây ra ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường và sức khỏe con người

 Phế phẩm nông nghiệp: Bao gồm các phụ phẩm dư thừa sau mỗi mùa vụ, các phần còn sót lại, không sử dụng của cây trồng, không ăn được của hoa màu sau khi thu hoạch, dư lượng của các loại cây phi lương thực, chuyên dụng cho năng lượng sinh học, được trồng để lấy tinh bột, đường, ép dầu, tinh chất [1].

 Phụ phẩm lâm nghiệp & ngành gỗ: Bao gồm thân cây, nhành cây, cành lá được cắt tỉa, hoặc mùn cưa, mạt gỗ thu được sau khi gia công sản phẩm từ gỗ. Nguồn sinh khối này thường được dùng làm nhiên liệu đốt trong các lò hơi công nghiệp [1].

 Chất thải chăn nuôi: Các loại phân gia súc và bùn thải từ chuồng trại thường được sử dụng để chuyển hóa thành gas, hoặc đốt trực tiếp tạo ra nhiệt, sản xuất năng lượng Tuy nhiên, phân gia súc có hàm lượng metan cao, gây hại cho sức khỏe con người [1].

 Chất thải công nghiệp: Chất thải hữu cơ được tạo ra từ các quy trình sản xuất khác nhau, có thể ở dạng rắn hoặc lỏng Phần lớn đến từ ngành chế biến thực phẩm và sản xuất giấy [1].

 Rác thải rắn: Là rác thải từ các hoạt động sinh hoạt, kinh doanh, sản xuất, chúng có chứa các vật chất hữu cơ từ thực vật, giấy, bìa cứng, là một nguồn tài nguyên tái tạo lớn Tuy nhiên, không phải tất cả rác thải rắn đều thích hợp làm nguồn sinh khối, đặc biệt là rác thải kim loại và nhựa [1].

 Bùn thải: Chất thải con người và động vật từ các đô thị cung cấp nguồn năng lượng hóa học lớn Chất thải động vật sau khi được xử lý sẽ tạo ra khí mê-tan

Hình 1 1 Các loại sinh khối [1]

Việt Nam là một nước nông nghiệp, vì vậy hàng năm lượng phế thải dư thừa trong quá trình chế biến các sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm rất lớn và đa dạng. Theo Tổng cục Thống kê, tổng khối lượng phế, phụ phẩm nông nghiệp cả nước khoảng 156,8 triệu tấn Trong đó, 88,9 triệu tấn phụ phẩm sau thu hoạch từ cây trồng, quá trình chế biến nông sản của ngành trồng trọt (chiếm 56,7%); 61,4 triệu tấn phân gia súc, gia cầm từ ngành chăn nuôi (chiếm 39,1%) và gần 1 triệu tấn từ ngành thủy sản [2]

Cụ thể, ước tính khối lượng phụ phẩm cây trồng và chất thải rất lớn: với 42,7 triệu tấn lúa thì 60 triệu tấn phụ phẩm từ rơm, vỏ trấu, cám; gần 10 triệu tấn phế phụ phẩm từ sản xuất ngô; hơn 850 ngàn tấn phế phụ phẩm từ khoai lang; trên 12 triệu tấn phế phụ phẩm từ sắn…[2]

Riêng khu vực Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu từ ngành trồng trọt và chăn nuôi với hơn 13,9 triệu tấn trong năm

2020 tại Đông Nam Bộ và 39,4 triệu tấn tại đồng bằng sông Cửu Long [2].

Nhưng thực tế, Việt Nam vẫn chưa tận dụng tốt các phế, phụ phẩm nông nghiệp Minh chứng là trong số 43 triệu tấn rơm thì mới thu gom, sử dụng được khoảng 52,2%; chất thải chăn nuôi cũng chưa được thu gom, sử dụng hiệu quả, chỉ đạt 48% ở quy mô hộ nông dân Với việc chế biến, tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam có thể mang lại 4-5 tỷ USD/năm, nhưng hiện nay mới đạt khoảng

Theo Viện Năng lượng - Bộ Công Thương, tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng lên đến gần 25 triệu tấn, tương đương với 8,8 triệu tấn dầu thô [3].

Hình 1 2 Biểu đồ khối lượng phế, phụ phẩm nông nghiệp [2]

Quyết định số 816/QĐ-BNN-KL ngày 20/3/2024 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công bố hiện trạng rừng toàn quốc năm 2023 Theo đó, diện tích rừng (gồm diện tích rừng chưa đủ tiêu chí tính tỷ lệ che phủ) đạt 14.860.309 ha, trong đó rừng tự nhiên 10.129.751 ha; rừng trồng 4.730.557 ha Diện tích rừng đủ tiêu chí tính tỷ lệ che phủ đạt 13.927.122 ha; trong đó, rừng tự nhiên 10.129.751 ha, rừng trồng 3.797.371 ha Tỷ lệ che phủ rừng toàn quốc đạt 42,02% [4].

Chất thải rắn có thành phần hữu cơ gồm các loại: chất thải rắn sinh hoạt đô thị, chất thải rắn sinh hoạt nông thôn.

1.1.3.1 Chất thải rắn sinh hoạt đô thị

Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, giai đoạn 2016-2020, chất thải rắn sinh hoạt ở các đô thị tăng từ 10-16% Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh tại khu vực đô thị trong cả nước là 35.624 tấn/ngày (tương đương 13.002.592 triệu tấn/năm), chiếm khoảng 55% tổng khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trên cả nước, trong đó Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội có lượng chất thải sinh hoạt đô thị phát sinh lớn nhất Chỉ tính riêng 2 đô thị này tổng lượng chất thải sinh hoạt đô thị phát sinh lên tới 12.000 tấn/ngày, chiếm 33,6% tổng lượng chất thải sinh hoạt đô thị phát sinh trên cả nước [5]

Bảng 1 1 Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh tại đô thị [5]

TT Vùng Khối lượng phát sinh (tấn/ngày) Khối lượng phát sinh (tấn/năm) Hình 1 3 Diện tích rừng Việt Nam 2023 [Nguồn: infographics.vn]

Hình 1 4 Khối lượng chất thải rắn từ nguồn khác nhau

2 Trung du và miền núi phía Bắc 2.949 1.076.428

3 Bắc bộ và Duyên hải miền Trung 7.371 2.690.517

6 Đồng bằng sông Cửu Long 5.852 2.135.925

Cũng theo kết quả thống kê giai đoạn 2016-2019, tốc độ thu gom và xử lý chất thải rắn sinh hoạt đô thị tăng trung bình 2%/năm, phần lớn chỉ được xử lý bằng hình thức chôn lấp thô sơ Chất thải rắn sinh hoạt sau khi thu gom được xử lý chủ yếu bằng các phương pháp sau: 71% khối lượng được xử lý bằng phương pháp chôn lấp, 16% khối lượng được xử lý tại các nhà máy chế biến compost, 13% khối lượng được xử lý bằng phương pháp đốt [5].

1.1.3.2 Chất thải rắn sinh hoạt nông thôn

Hình 1 5 Hình ảnh minh họa về chất thải rắn sinh hoạt nông thôn

Chất thải rắn sinh hoạt nông thôn phát sinh từ các nguồn: các hộ gia đình, chợ, nhà kho, trường học, bệnh viện, cơ quan hành chính chất thải rắn sinh hoạt khu vực nông thôn có tỷ lệ khá cao chất hữu cơ, chủ yếu là từ thực phẩm thải, chất thải vườn và phần lớn đều là chất hữu cơ dễ phân hủy (tỷ lệ các thành phần dễ phân hủy chiếm tới 65% trong chất thải sinh hoạt gia đình ở nông thôn) [6].

Sinh khối gỗ

1.2.1 Định nghĩa sinh khối gỗ

Sinh khối gỗ là một loại vật chất có nguồn gốc hữu cơ tự nhiên Thành phần của gỗ chủ yếu bao gồm lignin (15–30%), cellulose (30–50%) và hemicellulose (15– 25%) [6] Sinh khối gỗ được đặc trưng bởi mật độ khối lượng lớn và nhiệt trị cao, độ ẩm, hàm lượng tro và độ rỗng thấp [8]

Hình 1 7 Cấu trúc của sinh khối gỗ [9]

Cellulose (C6H10O5)n là là một loại đường đa (polysacarit), chiếm khoảng 40-50% trọng lượng của sinh khối thô Cellulose cũng là thành phần chính của thành tế bào thực vật và là nguồn chính cho việc tạo ra glucose trong quá trình chuyển hóa sinh học [1].

Hình 1 8 Cấu trúc hóa học của Cellulose [9]

Cellulose là hợp chất hữu cơ phong phú nhất có thể được tìm thấy trong tự nhiên (90% cấu trúc bông và 50% gỗ) có chức năng cấu trúc trong thành tế bào thực vật [9] Cellulose phân hủy nhiệt trong khoảng từ 240 o C đến 350 o C [8].

Tương tự như cellulose, hemicellulose cũng là một loại đường đa (polysacarit) có trong thành tế bào của cây Chiếm khoảng 20-35% trọng lượng của sinh khối thô, nó thường chứa các đơn vị đường hóa học khác nhau và đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh học [1].

Hình 1 9 Cấu trúc hóa học của Hemicellulose [9]

Hemicellulose phân hủy nhiệt trong khoảng từ 200 o C đến 260 o C, do đó tạo ra khí, than không ngưng tụ và nhiều loại xeton, aldehyd, axit và furan [9].

Lignin là một vật liệu polyphenolic và là một trong những thành phần chính trong thành tế bào thực vật chiếm khoảng 15-25% trọng lượng của sinh khối thô.Lignin là một loại polyme hữu cơ phức hợp có trong thành tế bào của cây gỗ Về mặt hóa học, lignin là các polyme được tạo ra bởi các tiền chất phenol liên kết chéo và nó chủ yếu đóng vai trò làm chất kết dính trong cấu trúc trong các mô nâng đỡ của cây.Lignin đặc biệt quan trọng trong việc hình thành thành tế bào, nhất là trong gỗ và vỏ cây, vì chúng tạo độ cứng và không dễ mục nát [1] Lignin phân hủy nhiệt trong khoảng từ 280 o C đến 500 o C [8].

Hình 1 10 Cấu trúc hóa học của Lignin [9]

Hình 1 11 Phân hủy thành phần sinh khối gỗ ở các nhiệt độ khác nhau [10]

1.2.2 Tiềm năng của sinh khối gỗ

Nguồn sinh khối gỗ chủ yếu của nước ta gồm gỗ và phụ phẩm cây trồng, trong đó gồm rừng tự nhiên, rừng trồng, cây trồng phân tán, cây công nghiệp và cây ăn quả, phế phẩm gỗ công nghiệp [2].

Hình 1 12 Hình ảnh minh họa về sinh khối gỗ [2]

Từ năm 2014, Chính phủ Việt Nam đã thực hiện chính sách đóng cửa rừng tự nhiên, do vậy nguồn cung gỗ chủ yếu từ nguồn gỗ rừng trồng Trong giai đoạn 2014-

2018, lượng khai thác bình quân hàng năm từ nguồn gỗ rừng trồng đạt khoảng trên

24 triệu m 3 gỗ tròn, trữ lượng gỗ đạt khoảng 60 triệu m 3 Tuy nhiên gỗ có kích thước lớn từ nguồn này chỉ chiếm 20-30% trong tổng lượng khai thác Đây là lượng gỗ có thể được đưa vào chế biến đồ gỗ phục vụ xuất khẩu và tiêu thụ nội địa Phần còn lại (70-80%) là gỗ nhỏ, chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu dăm để xuất khẩu Loại gỗ chủ yếu là Keo và Bạch đàn, khai thác ở độ tuổi 6-10 năm, đường kính nhỏ Theo Tổng cục Lâm nghiệp, sản lượng khai thác gỗ rừng trồng năm 2018 đạt khoảng 27,5 triệu m 3 Trong đó, khai thác từ rừng trồng tập trung 18,5 triệu m 3 , tăng 3% so với

2017, khai thác từ cây trồng phân tán và cây cao su tái canh khoảng 9 triệu m 3 gỗ [11].

Keo là loại cây được sử dụng phổ biến nhất cho các diện tích rừng trồng hiện nay Theo Tổng cục Lâm nghiệp, diện tích keo năm 2020 đạt 2,35 triệu ha, tương đương trên 53% trong tổng diện tích rừng trồng của Việt Nam Phần diện tích còn lại(47%) là trên 50 loài cây gỗ khác như cao su, thông, đước, điều… Keo là loại gỗ rừng trồng có mức tăng trưởng cao nhất so với các loại gỗ rừng trồng khác hiện có ởViệt Nam Sản lượng khai thác loại gỗ này hàng năm rất lớn, đạt gần 50 triệu m 3 gỗ tròn mỗi năm [12].

Gỗ keo

Cây keo là loại cây thuộc có tên khoa học là Acacia, thuộc chi Keo họ đậu (Fabaceae), có nguồn gốc từ đại lục cổ Gondwana Cây gỗ keo được phân bổ nhiều vùng trên thế giới nên được phân ra thành các loại khác nhau Cụ thể như: wattle (loại cây gỗ keo vùng Úc), acacia (loại cây gỗ keo vùng châu Phi, châu Mỹ) Ở Việt Nam, cây gỗ keo là tên gọi chung chung thường ám chỉ là keo tai tượng hoặc keo lá tràm, hai loại keo phổ biến nhất tại Việt Nam, được du nhập từ lâu, được trồng và ứng dụng nhiều trong đời sống.

Thực tế, người ta tìm thấy có 1.300 loại cây keo trên thế giới, hầu hết trong đó ở Úc và phần còn lại ở châu Phi, Nam Á (gồm Việt Nam), châu Mỹ [13] Ở Việt Nam có hai loài chính là keo tai tượng và keo lá tràm Ngoài ra còn có keo lai là giống lai giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm.

Keo tai tượng có tên khoa học là Acacia mangium, còn có tên gọi khác là keo lá to, keo đại, keo mỡ, keo hạt [15].

Keo tai tượng là cây thân gỗ trung bình với chiều cao từ 7-30m Đường kính từ 25-35cm, đôi khi trên 50cm Thân thẳng, vỏ có màu nâu xám đến nâu, xù xì, có vết nứt dọc Tán lá xanh quanh năm, hình trứng hoặc hình tháp, thường phân cành cao Cây mầm giai đoạn vài tháng tuổi có lá kép lông chim 2 lần, cuống lá thường dẹt gọi là lá thật, các lá ra sau là lá đơn, mọc cách, gọi là lá giả, phiến lá hình trứng hoặc trái xoan dài, đầu có mũi lồi tù Lá giả có 4 gân dọc song song nổi rõ và cũng là loại lá trưởng thành tồn tại đến hết đời của cây [15].

Hình 1 13 Cây keo tai tượng

Hoa tự hình bông dài gần bằng lá, mọc lẻ hoặc tập trung 2-4 hoa tự ở nách lá. Hoa đều lưỡng tính có màu trắng nhạt hoặc màu kem, cây 18-24 tháng tuổi đã có thể ra hoa nhưng ra hoa nhiều nhất vào tuổi 4-5, mùa hoa chính thường vào tháng 6-7. Quả đậu, dẹt, mỏng, khi già khô vỏ quả cong xoắn lại [15].

Hình 1 14 Hoa của cây keo tai tượng

Hạt hình trái xoan hơi dẹt, màu đen và bóng, vỏ dày, cứng, có dính giải màu đỏ vàng, khi chín và khô vỏ nứt hạt rơi ra hấp dẫn kiến và chim giúp phát tán hạt đi xa hơn Một kg hạt có từ 52.000-95.000 hạt [15]

Rễ phát triển mạnh cả rễ cọc và rễ bàng, đầu rễ có nhiều nốt sần chứa vi khuẩn cộng sinh có khả năng cố định đạm [15].

Keo tai tượng thích hợp nơi có nhiệt độ bình quân năm 23-24 o C, lương mưa từ1.800-2.000mm Keo tai tượng là loài cây ưa đất ẩm, ưa sáng mạnh và sinh trưởng mạnh nhất ở nơi có độ cao dưới 300m so với mực nước biển Ở Việt Nam, keo tai tượng được trồng rừng với mục đích chủ yếu là cải tạo môi trường sinh thái và sản xuất gỗ nhỏ, gỗ nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến bột giấy, gỗ ván dăm, [15].

Keo lá tràm có tên khoa học là Acacia auriculiformis, còn có tên gọi khác là tràm bông vàng hoặc keo lưỡi liềm [16].

Keo là tràm là cây gỗ nhỡ, chiều cao có thể hơn 25m, đường kính có thể tới 60cm Thân tròn thẳng, tán rộng và phân cành thấp, cành thường phân nhánh đôi, vỏ dày màu nâu đen [16]

Hình 1 15 Cây keo lá tràm

Cây con ở giai đoạn 2-3 tuần kể từ khi nảy mầm có 1-2 lá kép lông chim 2 lần chẵn được gọi là lá thật Tiếp theo sau đó xuất hiện lá biến dạng trung gian phần đầu vẫn là lá kép, phần cuống phình ra tạo thành hình mũi mác thẳng, dài và rộng bản. Sau đó, lá kép bị mất hoàn toàn được thay thế bằng lá đơn trưởng thành, mọc cách, mép lá không có răng cưa, phiến hơi cong như hình lưỡi liềm, gọi là lá giả Loại lá này được tồn tại trong suốt thời gian sống của cây, lá dày, màu xanh thẫm, cuống ngắn có 3 gân gốc chạy song song dọc theo phiến lá [16]

Hoa tự hình bông dài 8-15cm, mọc ở nách lá gần đầu cành, tràng màu vàng nhiều nhị vươn dài ra ngoài hoa [16].

Hình 1 16 Hoa của cây keo lá tràm

Quả đậu xoắn, hạt nằm ngang, tròn và dẹt khi khô màu nâu bóng, dây rốn dài, quấn quanh hạt Khi còn non quả hình dẹt, mỏng, thẳng, màu vàng khi già chuyển sang màu nâu nhạt, vỏ quả khô hình xoắn, mỗi quả có từ 5-7 hạt Khi chín vỏ quả khô và nứt ra, hạt vẫn được dính với vỏ bằng một sợi dây màu vàng ở rốn hạt Hạt màu nâu đen và bóng, mỗi kg có 45.000-50.000 hạt [16]. Ở nước ta Keo lá tràm được du nhập và trồng thử nghiệm vào những năm

1960 tại miền Nam, đến đầu những năm 70 đã được mở rộng diện tích trồng ra một số tỉnh miền Trung Tại Huế, keo lá tràm được sử dụng làm cây xanh đô thị dọc hai bên bờ sông Hương Cuối thập kỷ 80 của thế kỷ XX, keo lá tràm đã được gây trồng ở hầu hết các tỉnh miền Bắc từ vĩ tuyến 17 trở ra điển hình là tại Ba Vì – Hà Nội, Hữu Lũng – Lạng Sơn, Đại Lải – Vĩnh Phúc, Đồng Hỷ – Thái Nguyên [16].

Keo lá tràm là loài cây ưa sáng mạnh, khả năng thích ứng rộng, chúng có thể sống được ở những vùng có mùa khô kéo dài từ 4-6 tháng, lượng mưa hàng năm chỉ khoảng 600-700mm, hoặc những vùng lạnh nhiệt độ xuống dưới 10 o C nhưng phát triển kém Tuy nhiên, chúng sinh trưởng tốt ở những nơi có khí hậu nóng ẩm và cận ẩm, nhiệt độ trung bình năm trên 24 o C, lượng mưa trung bình năm trong khoảng 2000-2500mm, và tốt nhất ở độ cao dưới 100m so với mực nước biển [16].

Keo lai là sự lai giống của keo tai tượng và keo lá tràm, có đặc tính trung bình của bố mẹ nhưng cho gỗ to và chất lượng hơn Đồng thời, keo lai có sức sinh trưởng nhanh hơn rõ rệt so với loài keo bố mẹ [17].

Keo lai là cây gỗ nhỡ, cao tới 25-30m, đường kính tới 30-40cm, cao và to hơn keo tai tượng và keo lá tràm, các đặc tính khác có dạng trung gian giữa 2 loài bố mẹ. Thân thẳng, cành nhánh nhỏ, tán dày và rậm [17]

Từ khi hạt nẩy mầm tới hơn 1 tháng hình thái lá cũng biến đổi theo 3 giai đoạn lá mầm, lá thật và lá giả Lá giả mọc cách tồn tại mãi Chiều rộng lá hẹp hơn chiều rộng lá keo tai tượng nhưng lớn hơn chiều rộng lá keo lá tràm [17]

Hoa tự bông 5-6 hoa/1 hoa tự vàng nhạt mọc từng đôi ở nách lá Quả đậu dẹt,khi non thẳng khi già cuộn hình xoắn ốc Mùa hoa tháng 3-4, quả chín tháng 7-8 Vỏ quả cứng, khi chín màu xám và nứt Mỗi quả có 5-7 hạt màu nâu đen, bóng Một kg hạt có 45.000-50.000 hạt, thu được từ 3-4 kg quả [17].

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN

Khái niệm về nhiệt phân

Nhiệt phân là một quá trình phân hủy nhiệt hóa học, chuyển đổi các vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ trong điều kiện không có oxy thành các sản phẩm rắn, lỏng và khí Quá trình nhiệt phân bao gồm nhiều phản ứng hóa học phức tạp và các sản phẩm thu được phụ thuộc nhiều vào các thông số vận hành lò nhiệt phân (nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ gia nhiệt, ) và loại nguyên liệu.

Hình 2 1 Quá trình nhiệt phân

Hiện nay, nhiệt phân đang được coi là một công nghệ tuyệt vời để chuyển hóa sinh khối thành các sản phẩm được dùng trong các ứng dụng khác Nhiệt phân không chỉ nâng cao giá trị của sinh khối mà còn giảm phát thải khí nhà kính.

Đặc tính của quá trình nhiệt phân

Tùy thuộc vào tốc độ gia nhiệt và thời gian lưu của nguyên liệu trong lò, nhiệt phân có thể được phân loại thành ba loại chính bao gồm: nhiệt phân chậm, nhanh và cực nhanh [18].

2.2.1.1 Nhiệt phân chậm (slow pyrolysis)

Nhiệt phân chậm có tốc độ gia nhiệt chậm (0,1-1 o C/giây), thời gian lưu kéo dài (5-30 phút) và nhiệt độ vừa phải (400-500 o C) Than sinh học hoặc than củi là sản phẩm chính của quá trình nhiệt phân chậm sinh khối Cơ chế tạo ra sản phẩm rắn hơn trong quá trình nhiệt phân chậm là thời gian lưu dài và tốc độ gia nhiệt thấp thúc đẩy các phản ứng thứ cấp kết thúc Thời gian lưu dài cho phép loại bỏ hơi sinh ra trong các phản ứng thứ cấp hướng tới năng suất than cao hơn [19].

2.2.1.2 Nhiệt phân nhanh (fast pyrolysis)

Nhiệt phân nhanh có phạm vi nhiệt độ hoạt động cao hơn (800-1250 o C), tốc độ gia nhiệt cao hơn (10-200 o C/giây) và thời gian cư trú rất ngắn (1-10 giây) Sản phẩm chính của quá trình nhiệt phân nhanh là dầu sinh học (65-75%) Tốc độ gia nhiệt rất cao làm chuyển đổi vật liệu sinh khối thành hơi ngưng tụ trước khi nó có thể tạo thành than Giá trị nhiệt trị cao (HHV) của dầu sinh học bằng một nửa HHV của dầu thô [19].

2.2.1.3 Nhiệt phân cực nhanh (flash pyrolysis)

Nhiệt phân cực nhanh là một hình thức nhiệt phân nhanh cải tiến Các điều kiện để phân biệt nó với quá trình nhiệt phân nhanh là tốc độ gia nhiệt cực cao

1000 o C/giây Nhiệt độ hoạt động được giữ trong khoảng 900-1200 o C, và nguyên liệu sinh khối được tiếp xúc với các điều kiện này trong thời gian lưu rất nhỏ (0,1-1 giây).

So với nhiệt phân nhanh, năng suất dầu sinh học tăng hơn nữa trong quá trình nhiệt phân cực nhanh (>75%) với lượng sản phẩm rắn và khí nhỏ hơn đáng kể Các thông số vận hành cần thiết cho nhiệt phân cực nhanh cũng là một trở ngại trong việc ứng dụng vào quy mô công nghiệp [19].

Bảng 2.1 Các loại nhiệt phân và thông số của từng quá trình nhiệt phân [18],[19],[20]

Quá trình nhiệt phân Nhiệt độ Thời gian lưu

Tỷ lệ sản phẩm rắn

Tỷ lệ sản phẩm lỏng

Tỷ lệ sản phẩm khí

2.2.2 Các giai đoạn của quá trình nhiệt phân

Trước khi sinh khối gỗ xảy ra quá trình cacbon hóa thì lượng nước trong gỗ cần phải được loại bỏ Do đó, việc sấy là cần thiết để tránh những ảnh hưởng bất lợi của nước tới sản phẩm Quá trình sấy xảy ra trong hai giai đoạn riêng biệt [21]:

- Nhiệt độ tăng từ nhiệt độ môi trường tới 110 o C nước tự do trong các lỗ rỗng của gỗ bị đẩy ra ngoài Khi toàn bộ nước trong đã bị loại bỏ ra hết, nhiệt độ gỗ sẽ tăng lên.

- Khi đạt tới nhiệt độ 150 o C nước trong các liên kết của gỗ (liên kết hóa lý) bắt đầu được giải phóng Nước thoát ra dưới dạng hơi nước Đây chính là thành phần chính tạo ra khói trắng của giai đoạn đầu quá trình cacbon hóa.

Sinh khối sau khi được sấy khô sẽ chuyển sang vùng nhiệt phân nơi mà nhiệt độ vùng nhiệt phân từ 200 – 600 o C Trong vùng nhiệt phân sẽ xảy ra các phản ứng phân hủy nhiệt bẻ gãy mạch dài (hemicellulose, cellulose và lignin) có trong sinh khối thành khí không ngưng (H2, CO, CO2, CH4, CnHm), các hydrocacbon khí, hydrocacbon lỏng (axit axetic, hydrocacbon vòng thơm, xeton, hợp chất chứa oxy, hợp chất furan, hợp chất phenol, guaiacol, đường) Phần rắn còn lại của quá trình nhiệt phân (gọi là char) Sinh khối sau khi được sấy khô trải qua hai giai đoạn nhiệt phân, giai đoạn nhiệt phân sơ cấp hình thành sản phẩm lỏng, khí và rắn (char) Sau đó, các sản phẩm của quá trình nhiệt phân sơ cấp dưới tác dụng của nhiệt tiếp tục nhiệt phân thành các sản phẩm thứ cấp lỏng, khí, rắn (char) [21].

Khi phản ứng nhiệt phân kết thúc, nhiệt độ than củi bắt đầu giảm dần Lượng khói thoát ra từ lò giảm đáng kể, khói chuyển từ màu trắng sang màu xanh nhạt trong một số trường hợp hoàn toàn không có khói thải Trong giai đoạn này, lò cần phải được đậy kín không để không khí lọt vào Nếu để không khí lọt vào trước khi nhiệt độ than củi giảm xuống dưới nhiệt độ bắt lửa sẽ có nguy cơ toàn bộ than bị bốc cháy. Sau khi được đưa ra khỏi lò, than củi thường được làm nguội ngoài trời khoảng 24 giờ nữa Trong thời gian này, than củi được làm nguội về nhiệt độ môi trường và một số chất bay hơi còn lại cũng thoát ra ngoài [21]

2.2.3 Sản phẩm của quá trình nhiệt phân

Quá trình nhiệt phân sinh khối tạo ra ba sản phẩm chính bao gồm: than (char), khí tổng hợp (syngas) và hơi ngưng tụ thành chất lỏng nhớt (màu nâu sẫm) ở nhiệt độ môi trường (bio-oil).

Hình 2 2 Sản phẩm của quá trình nhiệt phân

Tỷ lệ của 3 loại sản phẩm nhiệt phân có thể được tùy biến như sau [22]:

 Sản phẩm rắn (char) - nhiệt độ thấp và tốc độ gia nhiệt thấp hơn

 Sản phẩm lỏng - nhiệt độ thấp nhưng tốc độ gia nhiệt cao hơn

 Sản phẩm khí - nhiệt độ cao và tốc độ gia nhiệt thấp hơn.

Sản phẩm rắn (char) là than sinh học, bao gồm các chất rắn hữu cơ chưa chuyển đổi và chất thải cacbon được tạo ra từ sự phân hủy một phần hoặc toàn bộ các thành phần sinh khối Khối lượng sinh học và điều kiện nhiệt phân xác định tỷ lệ than sinh học được tạo ra (10-35%) [23].

Lượng than sinh học thu được lớn nhất trong vùng nhiệt độ thấp (450-500 o C) do tỷ lệ phá hủy yếu hơn và chuyển đổi carbon thấp Việc tạo ra than sinh học bị cắt giảm đáng kể ở vùng có nhiệt độ trung bình (550-650 o C) Sản lượng than sinh học cực kỳ thấp đã được quan sát thấy trong khu vực với nhiệt độ lớn hơn 650 o C [23].

Hình 2.3 Sản lượng than sinh học trên ba phạm vi nhiệt độ trong quá trình nhiệt phân [23]

Than sinh học như trước đây có thể được sử dụng làm nhiên liệu rắn cho mục đích sưởi ấm và đốt cháy [24] Cụ thể, than sinh học thu được từ quá trình nhiệt phân gỗ với mục đích sưởi ấm và đốt cháy còn gọi là than củi Hiện nay, than sinh học có thể được sử dụng dưới dạng cải tạo đất bao gồm cô lập carbon, cải thiện độ phì nhiêu của đất, khắc phục ô nhiễm Nó cũng có thể được sử dụng trong sử dụng xúc tác, lưu trữ năng lượng và bảo vệ môi trường Ngoài ra chúng ta có thể sử dụng nó như một chất hấp thụ để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước và các chất ô nhiễm trong khí thải, chẳng hạn như SO2 và NOx [18].

Sản phẩm lỏng (bio-oil) là một chất lỏng hữu cơ màu nâu sẫm Dầu sinh học thường chứa hàm lượng nước cao và hàng trăm thành phần hữu cơ như axit, rượu, xeton, furan, phenol, ete, este, đường, aldehyd, anken, nitơ và cả các hợp chất oxy

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nhiệt phân

Các sản phẩm nhiệt phân và năng suất của chúng bị ảnh hưởng bởi các thành phần sinh khối như hemicelluloses, lignin, cellulose, hàm lượng tro và bởi các điều kiện vận hành lò bao gồm: tốc độ gia nhiệt, thời gian lưu, kích thước hạt, nhiệt độ nhiệt phân [24].

2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ được coi là một thông số quá trình chính và quan trọng trong quá trình nhiệt phân sinh khối Khi nhiệt độ tăng lên, nhiều phản ứng cracking xảy ra dẫn đến năng suất sản phẩm lỏng và khí cao hơn và giảm năng suất của sản phẩm rắn [24].

2.3.2 Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt

Nhiệt độ tăng cao đẩy nhanh quá trình cracking nhiệt của các hydrocacbon cao hơn hướng tới sự hình thành các sản phẩm lỏng và khí hơn Dựa trên tốc độ gia nhiệt, nhiệt phân thường được chia ra thành hai loại: nhiệt phân chậm và nhiệt phân nhanh Khi tốc độ gia nhiệt nhanh được sử dụng với nhiệt độ vừa phải khoảng 400-

600 o C, thu được năng suất bay hơi và chất lỏng cao hơn, trong khi việc sử dụng tốc độ gia nhiệt chậm ở nhiệt độ vừa phải tạo ra năng suất than cao hơn Với tốc độ gia nhiệt chậm sẽ giảm thiểu các phản ứng cracking diễn ra trong sinh khối, do đó tạo ra năng suất than cao hơn Mặt khác, với tốc độ gia nhiệt cao thúc đẩy các phản ứng cracking diễn ra, cản trở sự hình thành các chars (than), do đó làm tăng sản lượng chất lỏng và khí [24].

2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian lưu

Cũng quan trọng như nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt trong quá trình nhiệt phân sinh khối, thời gian cư trú cũng đóng một vai trò quan trọng Thời gian lưu đề cập đến thời gian vật liệu lưu trong lò trong quá trình nhiệt phân Thời gian lưu ảnh hưởng đến các sản phẩm nhiệt phân được sản xuất và thời gian lưu lâu hơn có thể làm các phản ứng thứ cấp diễn ra sẽ dẫn đến sự hình thành các sản phẩm thứ cấp. Thời gian lưu tăng khiến năng suất rắn giảm Tuy nhiên, điều này dẫn đến việc sản xuất nhiều khí nhiệt phân hơn [24]

2.3.4 Ảnh hưởng của kích thước sinh khối

Kích thước sinh khối có thể ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt từ bề mặt bên ngoài tới bề mặt bên trong của sinh khối Với kích thước lớn, khoảng cách giữa bề mặt và lõi của nó tăng lên, điều này làm chậm quá trình truyền nhiệt từ vùng nóng đến vùng lạnh làm lượng nhiệt truyền từ bề mặt đến lõi của nó bị hạn chế dẫn đến tăng năng suất than [24].

2.3.5 Ảnh hưởng của loại sinh khối

Với sinh khối gỗ (sinh khối lignocellulosic) được tạo thành từ ba thành phần khác nhau: cellulose, hemicellulose và lignin, tất cả đều có thể tỷ lệ khác nhau Tỷ lệ cellulose và hemicellulose có trong sinh khối lớn dẫn đến sản lượng dầu lớn hơn.Ngược lại, với tỷ lệ lignin tăng, sản lượng dầu sinh học giảm nhưng sản lượng than sinh học lại tăng [23].

Các loại lò nhiệt phân sản xuất than hiện nay

Nhiệt phân sản xuất than là một kỹ thuật đã có từ rất lâu dựa trên công nghệ tương đối đơn giản có từ thế kỷ 18 Hầu hết các hệ thống nhiệt phân được sử dụng vào cuối những năm 1800 đến đầu những năm 1900 được đặt tại châu Âu, nơi mục tiêu là sản xuất nhiên liệu không khói (char) cho mục đích sưởi ấm và nấu ăn [25]. Hiện nay nhiều loại lò nhiệt phân đó vẫn đang được sử dụng và cải tiến, thêm vào đó nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ nhiều loại lò nhiệt phân mới đã ra đời với những ưu điểm vượt trội Dưới đây là tổng hợp các loại lò nhiệt phân sinh khối để sản xuất than củi hiện nay theo tài liệu [26],[27],[28]:

2.4.1 Sản xuất than trong gò đất Đây là một loại lò sản xuất than truyền thống và rất phổ biến đặc biệt đối với quy mô sản xuất nhỏ như hộ gia đình do sự đơn giản trong xây dựng và chi phí thấp

Gò đất được xây trên một địa hình bằng phẳng, được làm từ cọc gỗ làm khung sau đó phủ một lớp mùn cưa hoặc vỏ trấu được trộn với bùn đất Lò gò đất áp dụng quy trình đơn giản để sản xuất than bằng cách sử dụng cành cây để nâng đỡ lớp đất và gỗ cháy âm ỉ để kiểm soát lượng không khí vào và giảm thiểu mất nhiệt trong quá trình Các lò được sử dụng nguyên lý đốt cháy bên trong dựa trên sự đốt cháy một phần của nguyên liệu Lò có kích thước cao khoảng 4,5-5 mét và đường kính 5-5,5 mét Lò có một cửa chính để nạp và dỡ than Sau khi nạp, cửa có thể được đóng lại bằng gạch và được trám bằng bùn trong quá trình cacbon hóa Các lỗ thông khí xung quanh đáy lò được sử dụng để kiểm soát lượng không khí xâm nhập Chỉ có một đường khói thoát ra từ lò qua lỗ trên đỉnh lò gọi là "mắt lò".

Hình 2 4 Gò đất sản xuất than truyền thống ở Thái Lan [26]

Nếu được kiểm soát tốt, các lò này có thể sản xuất than chất lượng cao với hiệu suất cao Các đặc tính vật lý có thể đo lường và quan trọng của sinh khối bao gồm độ ẩm, chất bốc, carbon cố định, tro và nhiệt trị cao.

Tuy nhiên vẫn còn những mặt hạn chế của loại lò này liên quan đến khó khăn trong việc cơ giới hóa việc bốc và dỡ than củi Trong quá trình dỡ than củi, có thể xảy ra hiện tượng phân mảnh than Những lò nung này hầu như không có bất kỳ thiết bị đo đạc nào để kiểm soát quá trình, điều này có tác động tiêu cực đến hiệu suất và năng suất đo trọng lượng.

2.4.2 Lò gạch sản xuất than Ở quy mô lớn hơn, lò Missouri được sử dụng phổ biến, lò này được tìm thấy chủ yếu ở Brazil Chúng được làm bằng bê tông hoặc gạch và có hình chữ nhật hoặc hình vuông với dung tích từ 180 m 3 đến 800 m 3 Công nghệ lò này được cơ giới hóa để cải thiện khả năng sản xuất than của chúng Lò được nạp đầy gỗ ở mỗi đầu cho phép sử dụng máy xúc để nạp và dỡ.

Dọc theo mỗi bên của lò có bốn ống khói với các lỗ thông hơi, và trên mái có sáu đến tám lỗ thông hơi có thể được đậy kín trong giai đoạn làm mát Ở giữa lò, các thanh gỗ từ các lần đốt trước được đặt để một phần bị than hóa và khô nhằm đốt cháy lò Một phần gỗ sẽ bị đốt cháy bên trong lò để than hóa phần còn lại Hiệu suất than từ lò Missouri có thể dao động từ 20 đến 30% tùy thuộc vào điều kiện vận hành và nguyên liệu sử dụng Thời gian chu kỳ dao động từ 7 ngày đến hơn 30 ngày trong khí hậu ấm áp.

Hình 2 5 Lò gạch (lò Missouri) sản xuất than ở Brazil [26]

Các nghiên cứu mới đây nhằm cải thiện việc sản xuất than của lò đang được thực hiện bao gồm: i Giảm thời gian giai đoạn làm mát. ii Tăng kích thước của lò. iii Xử lý khí nóng.

Việc áp dụng các biện pháp trên giúp công suất tăng lên tới 2.000m 3 đồng thời giảm thời gian làm mất từ vài tuần xuống còn vài ngày.

Một cải tiến gần đây nhằm cải thiện giai đoạn làm mát được phát triển bởiVeradas system Nó bao gồm 16 lò được thiết lập trong 4 cấu trúc tích hợp Mỗi cấu trúc tích hợp được che phủ bởi một mái nhằm bảo vệ lò khỏi hư hại do mặt trời, mưa và các tình huống thời tiết khác Trong mỗi cấu trúc tích hợp, các lò được liên kết với nhau bởi các đường ống bên ngoài để cho phép chuyển khói nóng Năng lượng nhiệt từ khói sẽ giúp làm khô gỗ, dẫn đến việc chuyển đổi gỗ thành than tốt hơn.

Hình 2 6 Lò Missouri cải tiến [26]

Mái lò được làm bằng các tấm thép carbon Các tấm này được phủ bởi các tấm cách nhiệt Theo nhà phát triển, chu kỳ hoàn chỉnh kéo dài 192 giờ (8 ngày), được chia thành các giai đoạn sau: nạp gỗ và bảo trì lò (4h), đốt lò và sấy khô gỗ (20h), than hóa gỗ (72h), làm nguội than củi (92h) và dỡ than củi (4h) Công nghệ mới này hứa hẹn tăng 35% năng suất và tại Brazil loại lò này được áp dụng và cho thấy năng suất tăng trung bình là 25% so với các lò gạch tiêu chuẩn hiện tại.

2.4.3 Lò kim loại sản xuất than Ở Châu Âu, hầu hết các lò nung than đều là hệ thống lò chế tạo bằng thép. Một hệ thống tiêu chuẩn bao gồm 12 lò sản xuất kết nối với hệ thống xử lý ô nhiễm đốt cháy các khí thải

Than củi được sản xuất trong các lò tròn có nắp ở phía trên và một cửa xả ở phía đáy Sự vào khí được kiểm soát bằng các van điều khiển thủ công được đặt ở phía đáy và xung quanh các phần bên dưới của lò Một hệ thống máy tính theo dõi liên tục quá trình than hóa và kiểm soát sản xuất Thời gian chu kỳ toàn bộ cho một mẻ là 20 giờ, trong đó có 1 giờ để nạp/dỡ sản phẩm, 6 đến 8 giờ cho quá trình than hóa và 14 đến 15 giờ cho làm mát Hiệu suất sản xuất than củi là 22-24% trên cơ sở khô tùy thuộc vào nguyên liệu đưa vào Một nhà máy với 12 lò có khả năng sản xuất từ 2.000 đến 3.000 tấn/năm Để sản xuất 3.000 tấn than củi mỗi năm, cần 15.000 tấn gỗ khô.

Hình 2 7 Lò kim loại sản xuất than [26]

Lưu lượng khí nhiệt phân là 6 tấn mỗi giờ mang lại công suất 3,6 MW nhiệt. Trong các quy trình này, một phần bio-gas được đốt trong một buồng đốt bên ngoài và đi vào lò nhiệt phân nơi nó tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu thô Năng suất sản xuất của chúng dao động từ 3 đến 10.000 tấn/năm.

2.4.4 Lò tầng sản xuất than

Hệ thống lò tầng sản xuất than có tên gọi là quy trình than hóa Lambiotte Lò có dạng hình trụ dọc (chiều cao từ 18 đến 33m, đường kính 4,3m) với cửa nạp ở phía trên và một hình nón xả ở phía dưới Gỗ được đưa lên đầu bể nung bằng cần cẩu và đi vào bể qua một hộp khóa nạp Khi đi xuống, gỗ đi qua ba vùng, bao gồm vùng sấy khô, vùng than hóa và vùng làm nguội.

Hình 2 8 Lò tầng sản xuất than

Quy trình Lambiotte có hai hệ thống gia nhiệt khác nhau: hệ thống SIFIC(Pháp) và hệ thống CISR (Bỉ) Cả hai hệ thống đều có hai vòng khí kín, một cho giai đoạn sấy khô và một cho giai đoạn làm mát Quy trình SIFIC có thể hồi sản phẩm phụ Khí được lấy ra từ đầu bể nung, phần ngưng đến các bộ làm mát và bộ lọc Một phần khí không sau đó được phun vào giữa bể nung, để làm nhiên liệu gia nhiệt cho quá trình sấy

Tiềm năng của than sinh học (than củi) tại Việt Nam

Những năm gần đây, nhu cầu sử dụng than củi ngày càng tăng trên khắp thế giới Sản lượng than củi ở Việt Nam cũng rất lớn do nước ta có lượng củi rất dồi dào từ củi vườn đến củi rừng Các nước trên thế giới tìm đến Việt Nam để nhập khẩu than chất lượng và giá rẻ Thị trường tiêu thụ than củi không chỉ gói gọn trong nội địa, mà còn phục vụ nhu cầu sử dụng của nhiều nước trên thế giới Các đối tác điển

Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, các nước phương Tây, Ả Rập… Nước có đường bờ biển nhiều, ẩm thực nướng phổ biến như: Nhật Bản và Hàn Quốc Các nước Trung Đông có khí hậu rất lạnh, cần sử dụng lượng than lớn để sưởi ấm như: Iraq, Iran, Thổ Nhĩ Kỳ,… Đối với các doanh nghiệp xuất khẩu than củi của Việt Nam, Hàn Quốc dường như là thị trường hấp dẫn nhất (năm 2028) về tiềm năng xuất khẩu, tiếp theo là Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản và Đức [29].

Theo OEC, năm 2022, Việt Nam đã xuất khẩu 90,4 triệu USD than củi, trở thành quốc gia xuất khẩu than củi lớn thứ 4 trên thế giới Cùng năm đó, than củi là sản phẩm xuất khẩu nhiều thứ 318 tại Việt Nam Thị trường xuất khẩu than củi chính từ Việt Nam là: Hàn Quốc (29,7 triệu USD), Trung Quốc (18,9 triệu USD), Nhật (9,93 triệu USD), Saudi Arabia (6,19 triệu USD) và Các Tiểu Vương Quốc Ả Rập Thống Nhất (3,5 triệu USD) Các thị trường xuất khẩu than củi tăng trưởng nhanh nhất của Việt Nam trong giai đoạn 2021-2022 là Hàn Quốc (3,65 triệu USD), Nhật Bản (2,3 triệu USD) và Palestine (886 triệu USD) [30].

Bảng 2 2 Tiềm năng xuất khẩu của Việt Nam đối với thị trường than củi [31]

Lựa chọn công nghệ nhiệt phân

Với yêu cầu của đồ án là thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học thì em lựa chọn công nghệ nhiệt phân chậm ở nhiệt độ 500 o C Loại lò được em lựa chọn tính toán, thiết kế trong đồ án này dựa trên kiểu lò kim loại sản xuất than Với sản lượng than đã cho trước là 2.500 tấn/năm thì loại lò trên là phù hợp Lò được thiết kế gồm hệ thống thiết bị nhiệt phân được kết nối với hệ thống xử lý khí nhiệt phân và khói thải, làm mát thu hồi dầu và hệ thống tái sử dụng khí nhiệt phân

Quốc gia Giá trị (triệu USD)

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG SẢN XUẤT THAN 25

Địa điểm đặt hệ thống

Bảy tỉnh thành có diện tích trồng cây keo nhiều nhất là Quảng Nam, Quảng Ngãi, Quảng Ninh, Tuyên Quang, Nghệ An, Bình Định và Thái Nguyên Diện tích keo của các tỉnh này chiếm 46% tổng diện tích trồng cây keo tại Việt Nam [12].

Bảng 3 1 Các tỉnh có diện tích keo rừng trồng lớn nhất 2022 [12]

Tỉnh Diện tích keo rừng trồng (ha)

Quảng Nam 209.889 Quảng Ngãi 199.125 Quảng Ninh 163.077 Tuyên Quang 152.400 Nghệ An 136.525 Bình Định 123.443 Thái Nguyên 105.289

Ngoài yếu tố gần nguồn nguyên liệu thì việc gần các trục giao thông, đường quốc lộ chính cũng là một yếu tố rất quan trọng giúp dễ dàng vận chuyển sản phẩm đến nơi tiêu thụ cũng như vận chuyển nguyên liệu đến Với các phân tích trên, đồ án này lựa chọn tỉnh Quảng Ngãi làm nơi đặt hệ thống nhiệt phân.

Theo QCVN 02:2022/BXD ta tra được một số thông số trạng thái môi trường tại tỉnh Quảng Ngãi:

 Nhiệt độ trung bình năm: t mt %,9℃.

 Độ ẩm trung bình năm: φ mt ,9 %.

Quy trình công nghệ

Để thu được sản phẩm là than thì phải trải qua một số quy trình như sau [32]:

Bước đầu tiên của quy trình là tạo nguyên liệu có kích thước phù hợp cho việc sản xuất: Đối với yêu cầu tạo ra thanh củi ép, nguyên liệu cần được băm nhỏ thành dăm gỗ sau đó được nghiền thành mùn cưa với kích thước

Ngày đăng: 20/11/2024, 10:08

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1. 13 Cây keo tai tượng - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 1. 13 Cây keo tai tượng (Trang 23)
Hình 2.3 Sản lượng than sinh học trên ba phạm vi nhiệt độ trong quá trình nhiệt phân [23] - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 2.3 Sản lượng than sinh học trên ba phạm vi nhiệt độ trong quá trình nhiệt phân [23] (Trang 30)
Hình 2. 7 Lò kim loại sản xuất than [26] - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 2. 7 Lò kim loại sản xuất than [26] (Trang 35)
Hình 3. 3 Dăm gỗ thành phẩm sau khi đưa gỗ qua máy băm - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 3. 3 Dăm gỗ thành phẩm sau khi đưa gỗ qua máy băm (Trang 41)
Hình 3. 6 Máy nghiền gỗ mùn cưa GM200SM - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 3. 6 Máy nghiền gỗ mùn cưa GM200SM (Trang 43)
Hình 3. 7 Máy sàng rung SR 520 - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 3. 7 Máy sàng rung SR 520 (Trang 44)
Hình 4. 2 Hình ảnh thanh củi ép trong thực tế - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 4. 2 Hình ảnh thanh củi ép trong thực tế (Trang 50)
Hình 4. 3 Thanh củi ép được thể hiện bằng phần mềm Solidworks - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 4. 3 Thanh củi ép được thể hiện bằng phần mềm Solidworks (Trang 51)
Hình 4. 8 Gạch chịu lửa samot - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 4. 8 Gạch chịu lửa samot (Trang 57)
Bảng 4. 8 Kích thước tổng thể của lò - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Bảng 4. 8 Kích thước tổng thể của lò (Trang 62)
Hình 4. 14 Hình ảnh nóc lò được thể hiện bằng phần mềm Solidworks - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 4. 14 Hình ảnh nóc lò được thể hiện bằng phần mềm Solidworks (Trang 64)
Hình 5. 2 Cấu tạo của tháp phun - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 5. 2 Cấu tạo của tháp phun (Trang 74)
Hình 5. 4 Tỷ lệ dầu nhiệt phân theo nhiệt độ sôi - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 5. 4 Tỷ lệ dầu nhiệt phân theo nhiệt độ sôi (Trang 75)
Hình 5. 6 Hình ảnh tháp phun sơ cấp thể hiện bằng phần mềm Solidworks - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 5. 6 Hình ảnh tháp phun sơ cấp thể hiện bằng phần mềm Solidworks (Trang 81)
Hình 5. 7 Hình ảnh tháp phun thứ cấp thể hiện bằng phần mềm Solidworks - Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống nhiệt phân sản xuất than sinh học năng suất 2 500 tấn thannăm từ sinh khối gỗ
Hình 5. 7 Hình ảnh tháp phun thứ cấp thể hiện bằng phần mềm Solidworks (Trang 83)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w